節能微控制器設計使電池壽命長(cháng)達20年

　　在設計電池供電產(chǎn)品時(shí)，人們顯然希望電池壽命盡可能長(cháng)些。作為一個(gè)快速發(fā)展的設備種類(lèi)，從單電池發(fā)展起來(lái)的應用不僅僅停留在規格上，而是以整個(gè)產(chǎn)品的概念為中心。能源敏感的產(chǎn)品應用大致分為能源計量系統、家庭與樓宇自動(dòng)化、安全和醫療系統。這些產(chǎn)品通常會(huì )圍繞一個(gè)微控制器(MCU)，必須用單一的原電池運作很長(cháng)時(shí)間。在某些應用中，要想更換電池是很難的甚至不可能的，在其它應用中，最終用戶(hù)不愿意支付更換電池的成本。

　　在這樣的應用中采用的是占空比非常低的很活躍的微處理器，在“深度睡眠”狀態(tài)下時(shí)間可能占了99%甚至更高，達到99.9%也不罕見(jiàn)。微處理器在一個(gè)周期循環(huán)或在回應某些刺激時(shí)被“喚醒”，執行操作，并返回到睡眠狀態(tài)中。由于較長(cháng)時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，很明顯，獲得最長(cháng)電池壽命的關(guān)鍵參數是在掉電狀態(tài)下的電流消耗。不過(guò)，同一節電池的使用壽命為三四年或超過(guò)十年、二十年，甚至更長(cháng)時(shí)間的區別在于要密切注意這個(gè)任務(wù)如何使用MCU資源的每個(gè)方面，以及MCU本身是如何以各種方式減少能源消耗的。

　　一節單電池用20年

　　CR2032紐扣電池廣泛用于小型MCU如遠程環(huán)境傳感器中，這是一種鋰/二氧化錳3V原電池。典型的供應商，如柯達，評定230mAh到2V的終點(diǎn)電壓能力為5.6k(約為0.5mA)。如果是那樣的話(huà)，電池壽命將為400小時(shí)，相比之下，能源敏感的應用能使使用壽命達到20萬(wàn)小時(shí)。這種特殊的電池具有很好的貨架壽命或自放電率，數據表顯示10年之后其容量達90%。非常相似的是，這相當于連續充電約0.25A，如果能夠達到10~20年的電池壽命，應用的一般要求就會(huì )滿(mǎn)足。

　　伴隨電池壽命的是數量有限的電荷，設計者必須在MCU運行的所有階段減少產(chǎn)品的電流和時(shí)間，不僅要減少每微安的數量，也要減少每個(gè)動(dòng)作的每個(gè)微秒。

　　為了減少深度睡眠模式下消耗的電流，在能源敏感應用的MCU中采用8位(或16位)內核已很普遍。其理由是，8位內核很小，門(mén)控相對較少，靜電或泄露電流低。但是，許多現在的應用都需要比8位內核更大的處理功率。在其它MCU應用領(lǐng)域，用戶(hù)往往選擇從8位升級到32位環(huán)境。在低功耗的情況下，人們一直假定32位內核在其掉電模式狀態(tài)時(shí)使用的電流一定是高得令人無(wú)法接受的。隨著(zhù)全套低功耗設計技術(shù)的出現，今天的IC設計師們已經(jīng)可能讓一個(gè)32位ARM內核提供不同的低功耗模式了，與其8位的競爭對手一樣好，甚至更好，而且還能實(shí)現快速喚醒。32位處理器更高的處理性能也使MCU可以更快完成任務(wù)，從而能夠在這些低功耗模式中花更多時(shí)間來(lái)進(jìn)一步降低平均功耗。